[發明專利]一種可智能釋放的無人機氣液壓彈射系統及控制方法

有效

• 申請號: 201710519828.1
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN107323681B
• 公開（公告）日: 2020-02-25
• 發明（設計）人: 俞濱;孔祥東;劉雅梁;王東坤;趙華龍
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: B64F1/06
• 分類號: B64F1/06
• 代理公司: 秦皇島一誠知識產權事務所(普通合伙) 13116
• 代理人: 崔鳳英

1.一種可智能釋放的無人機氣液壓彈射系統，該系統包括氣液壓彈射單元、智能釋放單元、發射架單元、定滑輪單元、卷筒單元、小車和電氣控制單元；氣液壓彈射單元、定滑輪單元、卷筒單元安裝固定在發射架單元上；智能釋放單元安裝固定在小車單元上，電氣控制單元用于控制氣液壓彈射單元中電磁閥的啟閉并采集和處理小車上速度傳感器的信號；其特征在于：

所述氣液壓彈射單元是由加速部分、制動緩沖部分、緊急制動部分及液壓缸伸縮部分組成，其中液壓缸伸縮部分是為配合智能釋放單元工作的；

所述氣液壓彈射單元是由補油泵電機、補油泵、第一電磁換向閥、第一溢流閥、第一單向閥、過濾器、第二電磁換向閥、蓄能器、壓力表、第一壓力傳感器、比例減壓閥、第一三位四通電磁換向閥、第一單向節流閥、第二單向節流閥、第一插裝閥、第二壓力傳感器、第三電磁換向閥、第二溢流閥、液壓馬達、緩沖制動缸、第二插裝閥、第四電磁換向閥、節流閥、截止閥、第二單向閥、直動式減壓閥、第二三位四通電磁換向閥、液壓缸、第五電磁換向閥、油箱以及連接各個元件的油管構成；補油泵電機驅動補油泵，補油泵吸油口與油箱連接，補油泵壓油口通過第一單向閥和過濾器連接蓄能器；第一電磁換向閥及第一溢流閥跨接在補油泵的壓油口和油箱之間；蓄能器通過第五電磁換向閥聯接緩沖制動缸的無桿腔，緩沖制動缸的有桿腔連接油箱，緩沖制動缸通過對液壓馬達轉軸作用實現對液壓馬達的緩沖制動功能；蓄能器通過第一插裝閥連接液壓馬達的進油口；第二插裝閥有三個油口，液壓馬達的回油口連接第二插裝閥第一油口，蓄能器連接第二插裝閥的第二油口，第二插裝閥的第三油口與油箱連接；第三電磁換向閥和第二溢流閥連接在液壓馬達進油口與回油口之間；蓄能器經比例減壓閥與第一三位四通電磁換向閥進油口連接，第一三位四通電磁換向閥第一工作油口經第一單向節流閥連接液壓馬達的回油口，其第二工作油口經第二單向節流閥連接液壓馬達的進油口，第一三位四通電磁換向閥的回油口連接油箱回油；壓力表和第一壓力傳感器安裝在蓄能器與比例減壓閥之間的管路上；第二壓力傳感器安裝在液壓馬達的回油口與第一單向節流閥之間的管路上；液壓馬達回油口通過第四電磁換向閥和節流閥連接到油箱；蓄能器分別通過第二電磁換向閥與截止閥連接油箱；蓄能器經第二單向閥連接直動式減壓閥，并順序連接第二三位四通電磁換向閥的進油口，第二三位四通電磁換向閥的兩個工作油口連接液壓缸，其回油口連接油箱；

所述氣液壓彈射單元的加速部分是通過蓄能器給系統提供動力能源，控制液壓馬達轉動，從而驅動卷筒帶動小車與無人機，實現無人機的加速彈射；

所述氣液壓彈射單元的緩沖制動部分是通過小車慣性將拉動液壓馬達反向轉動，在高壓油的阻力下，對小車進行液壓制動；

所述氣液壓彈射單元的緊急制動部分是為了防止小車及無人機在加速階段加速度過大而設置的應急制動裝置，以確保在無人機上設備安全；

所述智能釋放單元是通過采集小車上的速度信號，電氣控制單元系統決定是否打開鎖緊裝置，防止無人機在非安全起飛速度狀態下起飛；

所述發射架單元包含導軌和機身，機身是支撐導軌的支架部分，所述發射架單元上安裝有氣液壓彈射單元、定滑輪單元、卷筒單元及小車單元；

所述卷筒單元是由包括第一定滑輪與第二定滑輪的定滑輪單元組成，卷筒單元與小車通過牽引帶連接，卷筒單元與氣液壓彈射單元的中液壓馬達固連，兩者共同轉動；通過兩組定滑輪改變牽引帶的方向，來實現小車的加速、緩沖制動功能；

所述電氣控制單元是氣液壓彈射系統的控制中心，用于控制電磁閥的啟閉、小車速度信號的采集及處理；

所述小車用于承載無人機，速度傳感器安裝在小車上。

2.根據權利要求1所述的一種可智能釋放的無人機氣液壓彈射系統的控制方法，其特征在于：該方法內容包括如下步驟：

1)無人機彈射過程

補油泵電機驅動補油泵工作，輸出的高壓油通過第一單向閥、過濾器進入蓄能器，當蓄能器內部壓力到達設定值時，第一溢流閥開始溢流；此后，蓄能器的壓力油依次通過比例減壓閥，第一三位四通電磁換向閥進入液壓馬達進油口，使液壓馬達所固連的卷筒將繩索預緊；

無人機開始加速，第一插裝閥、第二插裝閥打開，蓄能器中的液壓油進入液壓馬達進油口并快速地回到油箱，液壓馬達瞬間帶動卷筒單元高速旋轉，通過牽引帶帶動小車與無人機加速；在整個彈射階段，補油泵一直處于工作狀態；

2)小車制動階段

此過程分為三種情況，第一種情況是無人機在發射階段加速度超范圍，第二種情況是無人機發射速度未處于安全起飛范圍的制動，第三種情況時無人機正常發射后的制動；

在減速階段補油泵處于停車階段；當小車到達發射位置后，通過速度傳感器檢測小車速度信號并將采集的信號傳送給電氣控制單元；

當處于第一種情況，小車在加速階段發生意外，無人機發射階段加速度超范圍，電氣控制單元發出指令信號，關閉第一插裝閥和第二插裝閥，第四電磁換向閥的線圈得電，液壓馬達內部油液經節流閥流回油箱，液壓馬達逐漸減速，隨著轉速降低，制動效果減弱，此時第五電磁換向閥打開，蓄能器向緩沖制動缸通入輔助壓力油使液壓馬達最后制動，實現小車及無人機安全減速制動；

當處于第二種情況，當無人機處于非安全起飛速度范圍時，電氣控制單元不發出指令信號，鎖緊裝置仍將閉合，小車與無人機共同在緩沖制動部分作用下減速至零；

當處于第三種情況，當無人機處于安全起飛速度范圍時，電氣控制單元發出指令信號控制第二三位四通電磁換向閥的線圈得電，使液壓缸伸出帶動機械傳動裝置，無人機鎖緊裝置將被打開，無人機瞬間釋放；此時，小車依靠慣性通過牽引帶拉動卷筒，從而帶動液壓馬達，使液壓馬達的轉動方向由初始的正向轉動變為反向轉動，液壓馬達在液壓油的阻力下減速至零；當液壓馬達的轉速為零時，關閉第一插裝閥并斷開蓄能器與液壓馬達之間的回路；

3)小車回程過程

此過程分為兩種情況，第一種情況是無人機在發射階段緊急制動后的回程控制，第二種情況是小車正常發射后回程控制或由于發射速度未處于安全起飛范圍的回程控制；

當處于第一種情況時，第一三位四通電磁換向閥的電磁鐵線圈得電，此時蓄能器的壓力油經過比例減壓閥、第一三位四電磁通換向閥、第一單向節流閥到達液壓馬達回油口，液壓馬達反轉，其內部油液經第二單向節流閥回到油箱；當處于第二種情況時，當小車完成減速工作后，小車先靠重力作用回程至第一組定滑輪位置，第一三位四通電磁換向閥的電磁鐵線圈得電，此時蓄能器的壓力油經過比例減壓閥、第一三位四電磁通換向閥、第一單向節流閥到達液壓馬達反向進油口，液壓馬達反轉，其內部油液經第二單向節流閥回到油箱。